电路理论试验参考指导书.doc

实验一 基尔霍夫定律验证

一、实验目
1、验证基尔霍夫定律对的性，加深对基尔霍夫定律理解。
2、进一步掌握仪器、仪表用法。
二、原理阐明
基尔霍夫定律是电路基本定律。测量某电路各支路电流及各种元件两端电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即对电路中任一种节点而言，应有 ΣI=0；对任何一种闭合回路而言，应有ΣU=0。
运用上述定律时必要注意电流正方向，此方向可预先任意设定。
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱 1台
2、万用表 1台
四、实验内容及环节
实验线路如图A所示

图A

1、实验前先任意设定三条支路电流参照方向，如图中I1、I2、I3所示。
2、分别将两路直流稳压电源（如：一路U2为+12V电源，另一路U1为0～24V可调直流稳压源）接入电路，令U1=6V、U2=12V。
3、将电源分别接入三条支路中，记录电流值。

4、用电压表分别测量两路电源及电阻元件上电压值，并记录。
被测量
I1(mA)
I2(mA)
I3(mA)
U1(V)
U2(V)
UFA(V)
UAB(V)
UAD(V)
UCD(V)
UDE(V)
计算值

测量值

相对误差

五、实验报告
1、依照实验数据，选定实验电路中任一种节点，验证KCL对的性。
2、依照实验数据，选定实验电路中任一种闭合回路，验证KVL对的性。
3、分析误差因素。
4、实验总结。

实验二 戴维南定理
—有源二端网络等效参数测定—

一、实验目
1、验证戴维南定理对的性
2、掌握测量有源二端网络等效参数普通办法
二、原理阐明
1、任何一种线性含源网络，如果仅研究其中一条支路电压和电流，则可将电路别的某些看作是一种有源二端网络（或称为含源二端口网络）。
戴维南定理指出：任何一种线性有源网络，总可以用一种等效电压源来代替，此电压源电动势ES等于这个有源二端网络开路电压U0C，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（抱负电压源视为短路，抱负电流视为开路）时等效电阻。
U0C和R0称为有源二端网络等效参数。
2、有源二端网络等效参数测量办法
（1）开路电压、短路电流法
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端开路电压U0C，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为R0=UOC/ISC
（2）伏安法
用电压表、电流表测出有源二端网络外特性如图A所示。依照外特性曲线求出斜率tgΦ，则内阻RO=tgΦ=△U/△I=UOC/ISC

图A 图B

用伏安法，重要是测量开路电压及电流为额定值IN时输出端电压值UN，则内阻为
RO=UOC-UN/IN
若二端网络内阻值很低短路电流很大时，则不适当测短路电流。
（3）半电压法
如图B所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（负载电阻由万用表测量），即为被测有源二端网络等效内阻值。
（4）零示法
在测量具备高内阻有源二端网络开路电压时，用电压表进行直接测量会导致较大误差，为了消除电压表内阻影响，往往采用零示测量法，如图C所示。

图C
零示法测量原理是用一低内阻稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源输出电压与有源二端网络开路电压相等时，电压表读数为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源输出电压，即为被测有源二端网络开路电压。

图D

三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱 1台
2、万用表 1台
四、实验内容及环节
被测有源二端网络如图D（a）所示。
1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路UOC和RO。
按图D（a）电路接入稳压电源ES和恒流源IS及可变电阻RL，测定UOC和RO。
UOC(V)
ISC(mA)
RO=UOC/ISC(Ω)

2、负载实验
按图D(a)变化RL阻值，测量有源二端网络外特性。

RL(Ω)
0 ∞
U（V）

I（mA）

3、验证戴维南定理
用一只10K电位器，将其阻值调节到等于按环节1所得等效电阻R0之值，然后令
其与直流稳压电源（调到环节“1”时所测得开路电压UOC之值）相串联，如图D（b）所示，仿照环节“2”测其外特性，对戴维南定理进行验证。

RL(Ω)
0 ∞
U（V）

I（mA）

4、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）其他办法，将被测有源网络内所有独立源置零（将电流源断开，短路电压源），然后用伏安法或者直接用万用电表欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间电阻，即为被测网络等效内阻RO或称网络入端电阻R1。
5、用半电压法和零示法测量被测网络等效内阻R0及其开路电压UOC，电路及数据表格自拟。
五、实验注意事项
1、注意测量时及时更换电流表量程。
2、环节“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。
3、用万用表直接测R0时，网络内独立源必要先置零，以免损坏万用表。
4、改接线路时，需关掉电源。
六、实验报告
1、依照环节2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理对的性，并分析产生误差因素。
2、依照环节1、4、5，用各种办法测得UOC、RO和预先电路计算成果作比较，你能得出什么结论？
3、总结实验成果。

实验三 RC一阶电路响应测试

一、实验目
1、测定RC一阶电路零输入响应，零状态响应及完全响应
2、学习电路时间常数测定办法。
3、掌握关于微分电路和积分电路概念。
4、进一步学会用示波器测绘图形。
二、原理阐明
1、动态网络过渡过程是十分短暂单次变化过程，对时间常数τ较大电路，可用慢扫描长余辉示波器观测光点移动轨迹。然而能用普通双踪示波器观测过渡过程和测量关于参数，必要使这种单次变化过程重复浮现。为此，咱们运用信号发生器输出方波来模仿阶跃勉励信号，即令方波输出上升沿作为零状态响应正阶跃勉励信号；方波下降沿作为零输入响应负阶跃勉励信号，只要选取方波重复周期远不不大于电路时间常数τ，电路在这样方波序列脉冲信号勉励下，它影响和直流电源接通与断开过渡过程是基本相似。
2、RC一阶电路零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化快慢决定于电路时间常数τ。
3、时间常数测定办法
图A所示电路

图A
用示波器测得零输入响应波形如图A(b)所示。
依照一阶微分方程求解得知：
UC=Ee-t/RC=Ee-t/τ
当t=τ时，U0（τ）=0.368E
此时所相应时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增长到0.632E所相应时间测得，如图A(C)所示。
4、微分电路积分电路是RC一阶电路中较典型电路，它对电路元件参数和输入信号周期有着特定规定。一种简朴RC串联电路，方波序列脉冲重复勉励下，当满足τ=RC＜＜T/2时（T为方波脉冲重复周期），且由R端作为响应输出，如图B（a）所示。这就构成了一种微分电路，由于此时电路输出信号电压与输入信号电压微提成正比。
若将图B（a）中R与C位置调换一种，即由C端作为响应输出，且当电路参数选取满足τ=RC＞＞T/2条件时，如图B（b）所示即构成积分电路，由于此时电路输出信号电压与输入信号电压积提成正比。
从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换作用，请在实验过程中仔细观测与记录。

图B
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱 1台
2、双踪示波器 1台
四、实验内容及环节
实验线路板构造如图C所示，认清R、C元件布局及其标称值，各开关通断位置等。

图C 一阶实验线路板

1、选取动态线路板R、C元件，令
（1）R=10KΩ C=3300PF
构成如图C（X）所示RC充放电电路，U为函数信号发生器输出，取Um=3V，f=1KHz方波电压信号，并通过两根同轴电缆，将勉励源Ui和响应U0信号分别连至示波器两个输入口YA和YB，这时可在示波器屏幕上观测到勉励与响应变化规律，求测时间常数τ，并描绘U及UC波形。
少量变化电容值或电阻值，定性观测对响应影响，记录观测到现象。
（2）令R=10KΩ C=0.01μF，观测并描绘响应波形，继续增大C之值，定性观测对响应影响。
2、选取动态板上R、C元件，构成如图B（a）所示微分电路，令C=0.01μF，R=1KΩ。
在同相方波勉励信号（Um=3V，f=1KHz）作用下，观测并描绘勉励与响应波形。
增减 R之值，定性观测对响应影响，并记录，当R增至1MΩ时，输入输出波形有何本质上区别？
五、实验报告
1、依照实验观测成果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时UC变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值计算成果作比较，分析误差因素。
2、依照实验观测成果，归纳、总结积分电路和微分电路形成条件，阐明波形变换特性。
3、实验总结。

实验四 互感电路实验

一、实验目
学会鉴别互感线圈同名端和异名端，互感系数以及耦合系数测定办法。
二、原理阐明
1、判断互感线圈同名端办法
（1）直流法
如图A所示

图A
当A1、B两点接通瞬间，若毫安表指针正偏，则可断定“1”、“3”为同名端；指针反偏，则“1”、“4”为同名端。
（2）交流法
如图B所示：

图B

如图B所示，将两线圈N1和N2任意两端（如2、4端）联在一起同，在其中一种线圈（如N1）两端加一种低压交流电压AC8V，另一线圈开路，（如N2），用交流电压表分别测出分端电压U13、U12、U34，若U13是两个绕组端压之差，则1、3是同名端；若U13是两绕组端压之和，则1、4是同端。
2、两线圈互感系数测定
如图B在N1侧加低压交流电压U1、N2侧开路，测出I1及U2，依照互感电势E2m≈U20＝ WMI1可算出互感系数为：M=U2/WI1
3、耦合系数测定
两个互感线圈耦合松紧限度大来K表达，如图Ｂ；先在N1侧加低压交流电压U1（AC8V），测出N2侧开路时电流I1；然后再N2侧加电压U2，测出N1侧开路时电流，求出各自L1和L2，算得K值。
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱 1台
2、万用表 1台
四、实验环节
1、分别用直流法和交流法测定互感系数同名端。
（1）直流法
实验线路如图C所示

图C

将N1侧串入直流数字电流表（2A档），U为可调直流稳压电源，调至6V然瞬间闭合开关S；观测在开关闭合瞬间，毫安表正、负读数变化，来鉴定N1和N2两线圈同名端。
（2）交流法
按实验电路如图D所示

图D

将N1串接电流表（2A交流电流表）U1接AC8V，N2侧开路，用交流电压表测量U13、U12、U34鉴定同名端。拆去2.4连线，并将2.3相接，重复上述环节，鉴定同名端。
2、自感系数M测定
拆除2、3连线，测U1、I1、U2，计算出M。
3、耦合系数K测定
将低压交流AC8V加在N2侧，N1侧开路，按环节2测出U2、I2、U1值，用万用表200Ω档分别测出N1和N2线圈电阻R1、R2，计算K值。
五、实验注意事项
1、为避免互感线圈因电流过大而损坏，注意N2必要接AC8V。
2、不容许低压交流电源短路。
六、实验报告
1、总结对互感线圈同名端、互感系数、耦合系数测定办法。
2、自拟测试表格完毕计算任务。
3、实验报告。

实验五 三相交流电路电压、电流测量
一、实验目
1、掌握三相负载作星形连接，三角形连接办法，验证这两种接线下线、相电压，线、相电流之间关系。
2、充分理解三相四线供电系统中中线作用。
二、原理阐明
三相电路中电流有相电流与线电流之分，每相负载中电流称为相电流表达为IP，每根线中电流称为线电流表达为IL。
1、 三相负载接成星形（又称“Y”接法）：
线电压UL是相电压Up倍。线电流IL等于相电流Ip ，
既UL=Up IL=Ip
中性线电流 ，
当三相负载对称时流过中线电流IO=0，因此可以省去中线。
2、 当对称三相负载作△形连接时：
有UL= Up，IL=Ip 。
不对称三相负载作Y连接时，必要采用三相四线制接法，即Y接法。并且中线必要牢固连接，以保证三相不对称负载每相电压维持不变。
倘若中线断开，会导致三相负载电压不对称，致使负载轻一相相电压过高，使负载遭受损坏，负载重一相相电压过低，使负载不能正常工作。特别是对于三相照明负载，无条件一律采用Y接法。
对于不对称负载作△接法时，I1≠Ip ，但只要电源线电压Ui对称，加在三相负载上电压仍是对称，对各项负载工作没有影响。
三、实验设备
1、交流电压表 1
2、交流电流表 1
3、白炽灯15W/220V 9
四、实验内容
1、三相负载星形连接（三相四线制供电）
按图7-1连接实验电路，即三相灯组负载接成星形接法。
1、三相负载星形连接（三相四线制供电）
按图7-1连接实验电路，即三相灯组负载接成星形接法。
（1）三相负载平衡时，每相都接入两盏灯泡，检查无误后接入电源。分别测量三相负载线电压、相电压、线电流、中线电流，记录数据。
2）三相负载不平衡时，一相接入一盏灯泡，别的两相接入两盏灯泡，检查无误后接入电源。分别测量三相负载线电压、相电压、线电流、中线电流，记录数据。

图7-1

3、 三相负载三角形连接（三相三线制供电）

图7-2
按图7-2连接实验电路，检查无误后接入电源。分别测量三相负载线电压、相电压、线电流、线电流，记录数据。
五、注意事项
1、本实验采用三相交流电，线电压为380V，应穿绝缘鞋进入实验室。实验时要注意人身安全，不可触及导电某些，防止意外事故发生。
2、每次接线完毕，都应由指引教师检查后，方可接通电源，必要严格遵守先接线，后通电；先断电后拆线实验操作原则。
六、实验报告
1、用实验测得数据验证对称三相电路中倍关系。
2、用实验数据和观测到现象，总结三相四线供电系统中中线作用。
3、不对称三角形连接负载，能否正常工作？实验与否能证明这一点？
4、写出实验报告。

实验六、功率因数及相序测量
一、实验目
1、掌握三相交流电路相序测量办法。
2、熟悉功率因数表用法，理解负载性质对功率因数影响。
二、原理阐明
图9-1为相序批示电路，用以测定三相电源相序U、V、W。它是由一种电容器和两个瓦数相似白炽灯连接成星形不对称三相负载电路。如果电容器所接是U相，则灯光较亮是V相，较暗是W相。（相序是相对，任何一相均可作为U相，但U相拟定后，V相和W相也就拟定了）。 图9-1
为了分析问题简朴起见，设XC=RV=RW=R UU=UP＜0°=UP
则

由于U'V＞U'W,故V相灯光较亮。
三、实验设备
1、交流电压表 1
2、交流电流表 1
3、功率因数表 1
4、电容器（1μF,4.7μF） 各1
5、白炽灯组负载（220V/15W） 3
6、电感线圈（15W 日光灯镇流器） 1
四、实验内容
1、相序测定
（1）按图9-1接线，取220V/15W白炽灯两只，1μF/450V电容器一只，输入三相交流电源，观测两只灯泡发亮状态，判断三相交流电源相序。
（2）将电源线任意间调换两相后在接入电路。观测两灯明亮状态，判断三相交流电源相序。
2、 电路功率（P）和功率因数（cosφ）测定
按图9.2接线，接通电源，输入AC220V，观测电压表、电流表、功率因数表读数，并记录。分析负载特性。

图9-2

开关
状态
测量值
计算值
负载
特性
U（V）
UR（V）
UL=UC（V）
I（A）
P（W）
cosφ
cosφ
S1合
S2、S3随意

S2合
S1、S3随意

S3合
S1、S2随意

S2合S3合、S1断

五、注意事项
本实验为强电实验，注意安全。每次改接线路都必要先断开电源。
六、实验报告
1、简述实验线路相序检测原理。
2、依照V、I、P三表测定数据，计算出cosφ，并与cosφ读数比较，分析误差因素。
3、分析负载性质对cosφ影响。

交 流 部 分
一、概 述
交流电路实验箱是依照“电工基本”“电路原理”“电路分析”等课程所开发设计强电类典型实验项目而设计。版面设有Y型和△型变化法三相灯组负载，日光灯实验组件，单相铁心变压器，电流互感器，R L C元件组，三相四线输入接线端子，三相电流插座，三相双掷开关及各种带绝缘护套连接插头线，数字交流电压表、数字交流电流表、智能型多功能数字功率、功率因数表等。设计合理紧凑，操作以便。
二、技术性能指标
1、工作电源：三相四线AC380V±10％ 50Hz ＜180VA
2、使用环境条件：温度-10℃-40℃ 湿度＜80％
3、实验箱外型尺寸：520mm×390mm×180mm
4、数字交流电压表：
三位半LED数码管显示，测量范畴AC0～450V，精度0.5级。
5、数字交流电流表：
三位半LED数码管显示，测量范畴AC0～2A，精度0.5级。
6、智能数字功率、功率因数表：
可测试：视在功率、有功功率、无功功率、电流、电压、频率、功率因数，精度0.5级。
6.1产品重要性能特点：
本仪表可应用于交流功率或直流功率测量与控制。
6.2、五位LED数码管显示，前四位显示测量参数，从0.01～99.99W到1～9999KW，六档量程自动转换，最小辨别力为0.01W（10mW），末位数码管显示测量参数单号符号。
6.3、视在功率、有功功率、无功功率、电流、电压、频率、功率因数等参数通过按钮可轮换显示。
6.4、仪表具备上、下限报警控制功能，内置继电器及蜂鸣器；顾客可依照需要自行选取设立视在功率、电流、电压报警。
重要技术指标：
功率测量范畴
0.01～99.99W、0.1～999.9W、1～9999W、
0.01KW～99.99KW、0.1KW～999.9KW、1KW～9999KW
电流测量范畴
1.000A～9999A任意量程可设立
电压测量范畴
0.1V～999.9V单量程
基本误差
±（1%量程+5个字）
环境条件
工作温度：0℃～40℃ 相对湿度≤80℃RH
显示字高
LED 0.56红色

三、操作办法及阐明
1、将该仪器三相电源插头插入三相电源插座。插入前，要先检查电源应是三相四线380V。接入背面板上三相电源接线端子带电，方可引出使用。使用时要从保险管右边“U、V、W、N”引出。
2、打开仪表某些船形开关，仪表带电工作，方可使用，电压、电流表使用时对的接入即可；功率、功率因数使用阐明如下。

仪表面板上设有5个LED批示灯、3个设定控制按狃（分别为K4、K1、K2、K3）、1个蜂鸣器自锁开关K4。
High 批示灯亮：表达上限报警控制信号输出状态。
Low 批示灯亮：表达下限报警控制信号输出状态。
有功 批示灯亮：表达仪表显示读数以KW（千瓦）为单位。
无功 批示灯亮：表达仪表显示读数为无功功率。
K1键为在设定状态下为功能设定键及确认键。
K2键在设定状态下为左右移位键（← →）；在测量状态为视在功率、有功功率、无功功率显示功能选取键。
K3在设定状态下为数字设定键和功能转换键（↑↓）；在测量状态下为功率、电压、电流、频率、功率因数显示功能选取键。
显示某些：
末位数码管为被测参数符号批示管，“P”表达功率，“H”表达频率，“C”表达功率因数，“A”表达电流，“V”表达电压。
1、在功率测量状态下，如果功率值超过9999W，仪表●KW批示灯亮，此时仪表显示读数以KW（千瓦）为单位。
2、测量状态下，末位数码管显示“P”，仪表显示值为视在功率；按K2键●有功 批示灯亮，此时仪表显示值为有功功率值；按K2键●无功 批示灯亮，此时仪表显示值为无功功率值；再次按下K2键，●无功 批示灯灭，表达恢复视在功率测量。
3、测量状态下，末位数码管显示“P”，仪表显示值为视在功率；按K3键，末尾数码管显示“U”，此时仪表显示值为电压值；按K3键，末位数码管显示“A”，此时仪表显示值为电流值；再按K3键，末位数码管显示“H”，此时仪表显示值为频率值；按K3键，末位数码管显示“C”，此时仪表显示值为功率因数值，按下K3键，末位数码管显示“P”，此时仪表显示值为功率值。
4、报警：显示到达设立值后，High批示灯亮：表达上限报警控制信号输出状态；或Low批示灯亮：表达下限报警控制信号输出状态；蜂鸣器发出报警音，同步表内继电器吸合或断开，输出控制信号。
四、使用注意事项
1、依照不同连接办法选取适当电源（220V或380V）。
2、实验时，不使用仪表可以暂时关掉，减少不必要损耗。
3、接线一定要通过三刀双掷开关，以防浮现问题时及时切断电源。
4、实验时，若发现异常现象，应及时关断电源查找因素，排除故障，牢记不容许在通电状况下查找因素。
5、实验过程中如果需要更改接线时，必要切断电源后才干拆接线，以免触电。
6、实验完毕，必要先关掉电源，拔出电源插头，并将仪器设备工具导线等按规定整顿好。

五、实验项目

实验八、日光灯电路实验、改进功率因素实验
实验九、变压器同名端判断
实验十、三相交流电路电压、电流及功率测量
实验十一、三相交流电路功率测量
实验十二、功率因数及相序测量